[發(fā)明專利]一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110288847.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112780409B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張泉;伍剛;宋曉輝;王濤;藺奕存;閆文辰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C6/04;F02C7/00;F01K7/32;F01K11/02;F01K17/02;F01K25/08;F01D15/10;F01D25/10
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

本發(fā)明公開了種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)及方法，包括液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)；通過液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)多重耦合，空氣壓縮機(jī)采用從電網(wǎng)供能的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，儲(chǔ)能壓縮過程的熱量由導(dǎo)熱油儲(chǔ)熱罐儲(chǔ)存，釋能膨脹過程的吸熱由高溫導(dǎo)熱油提供，釋放出的超臨界壓縮空氣作為燃?xì)廨啓C(jī)燃料空氣、稀釋空氣和空氣透平的進(jìn)氣。實(shí)現(xiàn)對壓氣機(jī)與渦輪的解耦，提高燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣熱量的梯級利用程度，改善儲(chǔ)能調(diào)峰系統(tǒng)運(yùn)行效率，增加系統(tǒng)整體的調(diào)峰容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，可再生能源(風(fēng)能、太陽能、水能、海洋能等)的大規(guī)模開發(fā)利用勢在必行，但可再生能源存在能量密度低、間歇性、隨機(jī)性等先天性缺陷，對電網(wǎng)削峰填谷、安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。建設(shè)大規(guī)模儲(chǔ)能裝置，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性及安全性，是解決新能源高比例消納問題的有效途徑。

傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室采用緩燃實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)換。緩燃是由擴(kuò)散現(xiàn)象主導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)放熱過程，較小的組分?jǐn)U散速度和熱擴(kuò)散速度決定了緩燃波傳播速度慢，一般是m/s的量級，并且這種等壓放熱過程熵是熵增過程，熱效率不高。經(jīng)過多年發(fā)展，大幅提高基于緩燃的燃燒系統(tǒng)的效率提高面臨瓶頸問題，而采用爆轟這種新的能量釋放方式將有望解決這一問題。爆轟波是前導(dǎo)激波與波后化學(xué)反應(yīng)放熱耦合形成的一種超聲速燃燒波，前導(dǎo)激波壓縮可燃混合物，使其溫度和壓強(qiáng)升高誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)放熱，同時(shí)放出的熱量支持爆轟波繼續(xù)向前傳播。爆轟波的傳播速度一般在km/s的量級，其接近等容放熱，因此熵增小，熱效率高，且具備自增壓優(yōu)勢。

目前連續(xù)爆轟燃燒室工作產(chǎn)生反傳壓力波會(huì)隨著爆轟頻率的增加而增加，降低壓氣機(jī)工作效率，影響燃燒室燃料與空氣的填充時(shí)間和填充均勻度。

壓縮空氣儲(chǔ)能具有可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。但大規(guī)模地下壓縮空氣儲(chǔ)能仍受到地質(zhì)條件約束較多，對地質(zhì)條件有較為嚴(yán)苛的要求。并且通常將高壓壓縮空氣存儲(chǔ)在容積固定的巖洞、礦洞、鹽穴以及人造剛性容器中。液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，通過對空氣深冷液化實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的液態(tài)存儲(chǔ)，大幅度縮小儲(chǔ)存容積，減少了對儲(chǔ)存條件的限制，提升了系統(tǒng)儲(chǔ)能密度。

常規(guī)的液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能效率較低，成本較高，空氣透平入口溫度受到壓縮機(jī)限制無法大幅度提高。同時(shí)，調(diào)峰容量也容易受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)及方法，通過采用帶有連續(xù)爆轟燃燒室的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的耦合，實(shí)現(xiàn)對壓氣機(jī)與渦輪的解耦，提高燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣熱量的梯級利用程度，改善儲(chǔ)能調(diào)峰系統(tǒng)運(yùn)行效率，增加系統(tǒng)整體的調(diào)峰容量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)，包括液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)；

所述液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)1，空氣壓縮機(jī)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)2，空氣壓縮機(jī)2壓縮空氣出口連接壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器3氣側(cè)入口，壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器3的油側(cè)入口連接儲(chǔ)冷罐5，油側(cè)出口連接儲(chǔ)熱罐6，壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器3氣側(cè)出口分為兩路，分別連接回冷換熱器7超臨界壓縮空氣入口和蓄冷換熱器8超臨界壓縮空氣側(cè)入口，回冷換熱器7超臨界壓縮空氣出口和蓄冷換熱器8超臨界壓縮空氣側(cè)出口連接低溫液體膨脹機(jī)13，低溫液體膨脹機(jī)13連接分離器14，分離后的低壓液化空氣進(jìn)入低溫絕熱儲(chǔ)罐15存儲(chǔ)，所述蓄冷換熱器9進(jìn)入空氣透平側(cè)油氣換熱器4；

所述燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)包括與空氣透平側(cè)油氣換熱器4氣側(cè)出口相連的連續(xù)爆轟燃燒室17，連續(xù)爆轟燃燒室17與燃機(jī)透平18連接，驅(qū)動(dòng)燃機(jī)發(fā)電機(jī)19發(fā)電。